שיטה מתוקננת למדידת שטח הפנים של הריאות הפנימיות באמצעות דלקת ריאות של עכבר והשתלת תותב
Summary
אזור פני השטח הפנימי של הריאות (ISA) הוא קריטריון קריטי להערכת מורפולוגיה ריאות ופיזיולוגיה במחלות ריאה ו-התחדשות שנגרם על ידי פציעה. אנו מתארים כאן שיטה סטנדרטית שיכולה למזער את הטיה המדידה עבור השב"כ הן ריאות pneumonectomy ריאות מודלים השתלת עכבר פרוטה.
Abstract
Pulmonary morphology, physiology, and respiratory functions change in both physiological and pathological conditions. Internal lung surface area (ISA), representing the gas-exchange capacity of the lung, is a critical criterion to assess respiratory function. However, observer bias can significantly influence measured values for lung morphological parameters. The protocol that we describe here minimizes variations during measurements of two morphological parameters used for ISA calculation: internal lung volume (ILV) and mean linear intercept (MLI). Using ISA as a morphometric and functional parameter to determine the outcome of alveolar regeneration in both pneumonectomy (PNX) and prosthesis implantation mouse models, we found that the increased ISA following PNX treatment was significantly blocked by implantation of a prosthesis into the thoracic cavity1. The ability to accurately quantify ISA is not only expected to improve the reliability and reproducibility of lung function studies in injured-induced alveolar regeneration models, but also to promote mechanistic discoveries of multiple pulmonary diseases.
Introduction
הפונקציה הבסיסית של הריאה היא החלפת חמצן דו תחמוצת הפחמן בין כלי הדם לבין האווירה. מחלות ריאות כגון bronchopulmonary dysplasia (BPD), מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) ודלקות בדרכי הנשימה חריפות, גורמות לירידת ערך 2 . חוקרים שחקרו מחלת ריאה פיתחו מספר שיטות כמותיות להערכת שינויים מורפולוגיים בריאות, כולל MLI, ILV, מספר יחידות חילופי גז, השב"כ, תאימות רקמות ריאה 2 , 3 . מחקרים חלוציים על ידי Weibel et al. 4 ו Duguid et al. 5 יחד נקבע כי ISA יכול לשמש כמדד ישיר של קיבולת גז ריאות החליפין בריאות האדם יכול לשמש כקריטריון כדי לקבוע חומרת נפחת. מספר מחקרים שפורסמו בחמש השנים האחרונות השתמשו בפרמטרים מורפולוגיים בריאה ( למשל, </eמ '> ISA ו MLI) כדי להעריך שינויים מורפולוגיים ופונקציונליים הריאות של עכברים במהלך הפיתוח 6 במהלך ההתאוששות מן הפציעה PNX 1 , 7 . ISA מחושב באמצעות משוואה 1 8 , 9 :
, כאשר ILV הוא נפח הריאות הפנימי ו- MLI הוא פרמטר ביניים המייצג את מרחב המרחב האווירי הריאתי 10 .
PNX, הסרה כירורגית של אונות ריאה אחת או יותר, דווחה באופן נרחב על חידוש התחדשות של מינים רבים, כולל בני אדם 11 , עכברים 1 , כלבים 12 , חולדות 13 , וארנבות 14 , 15 . חתיךY של עכברים הריאות ב ארבעה עשר ימים לאחר PNX הראו כי הן התרחבות של הקיים מראש alveoli ואת היווצרות דה נובו של alveoli לתרום לשיקום של השב"כ, ILV, ומספר alveoli ברקמות הריאה הנותרים 1 . אנחנו ואחרים הראו כי החדרת חומרים כגון ספוג, שעווה, או בצורת תותבת מותאמת אישית לתוך חלל החזה ריק הבא PNX ( כלומר , השתלת תותבת) פוגעת התחדשות אבולרית. עכשיו הוא הקים היטב כי כוח מכני פונקציות כאחד הגורמים החשובים ביותר ליזום התחדשות בשן 1 , 16 , 17 . מחקרים אלה הדגישו את האפקטיביות של השימוש בערכים של ISA מ ריאות שטופלו ב- PNX ו-מושתלים-ריאות כקריטריון להערכה כמותית של התחדשות אלואולרית.
הטיה משקיף ידוע להשפיע באופן משמעותי vaLues עבור פרמטרים מורפולוגיים ריאה ( למשל , MIL ו ILV). פרוטוקולים סטנדרטיים יכולים לשמש כדי למנוע הטיה זו בקביעת ILV ו- MLI, שהם שני הפרמטרים המשמשים בחישוב השב"כ. כאן, אנו מספקים פרוטוקולים מאוד מפורט, סטנדרטי למדידת פרמטרים אלה הריאה. חשוב לציין, היכולת לכמת במדויק את השב"כ מבטיח לשפר את האמינות ואת שחזור של מחקרים על תפקוד הריאות במודלים התחדשות פציעה שנגרמו על ידי פציעה צריך להקל על גילויי מכני במחלות ריאה מרובים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בפרוטוקול זה, אנו מספקים תיאורים מפורטים על המדידה של פרמטרים ריאתיים לאחר העכבר השמאלי PNX ריאות השתלת תותבת. השב"כ נחשב כיום כמדד מרכזי להערכת תפקוד הנשימה במחלות ריאות רבות ובשיקום התחדשות השחלות המושרה. עם זאת, אף על פי שקהילת המחקר הריאתי מסכימה על תועלתה של הר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות המכון הלאומי למדעי הביולוגיה, בייג 'ין על הסיוע. עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של בייג'ינג (מס 'Z17110200040000).
Materials
| Low cost cautery kit | Fine Science Tools | 18010-00 | |
| Noyes scissors | Fine Science Tools | 15012-12 | |
| Standard pattern forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | |
| Castroviejo Micro Needle Holders | Fine Science Tools | 12060-01 | |
| Vessel clips | Fine Science Tools | 18374-44 | |
| I. V. Cannula-20 gauge | Jinhuan Medical Product Co., LTD. | 29P0601 | |
| Surgical suture | Jinhuan Medical Product Co., LTD. | F602 | |
| Mouse intubation platform | Penn-Century, Inc | Model MIP | |
| Small Animal Laryngoscope | Penn-Century, Inc | Model LS-2-M | |
| TOPO Small Animal Ventilator | Kent Scientific | RSP1006-05L | |
| Thermal pad | Stuart equipment | SBH130D | |
| Pentobarbital sodium salt | Sigma | P3761 | |
| Heparin sodium salt | Sigma | H3393 | |
| Hematoxylin Solution | Sigma | GHS132 | |
| Eosin Y solution, alcoholic | Sigma | HT110116 | |
| 10 ml Pipette | Thermo Scientific | 170356 | |
| Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
| O.C.T Compound | Tissue-Tek | 4583 | |
| cryosection machine | Leica | CM1950 | |
| Disposable Base Molds | Fisher HealthCare | 22-363-553 | |
| 18 gauge needle | Becton Dickinson | 305199 | |
| Povidone iodine | Fisher Scientific | 19-027132 | |
| 70% ethanol | Fisher Scientific | BP82011 | |
| Infusion sets for single use | Weigao | SFDA 2012 3661704 | |
| Phosphate buffered saline | Gibco | 10010023 | |
| Tapes | 3M Scotch | 8915 | |
| Cotton pad | Vinda | Dr.P | |
| Silicone prosthesis | Custom made | ||
| Brightfield microscope | Olympus | VS120 | |
| Ruler tool | Adobe Photoshop |
References
- Liu, Z., et al. MAPK-Mediated YAP Activation Controls Mechanical-Tension-Induced Pulmonary Alveolar Regeneration. Cell Rep. 16 (7), 1810-1819 (2016).
- Thurlbeck, W. M. Internal surface area and other measurements in emphysema. Thorax. 22 (6), 483-496 (1967).
- Knudsen, L., Weibel, E. R., Gundersen, H. J. G., Weinstein, F. V., Ochs, M. Assessment of air space size characteristics by intercept (chord) measurement: an accurate and efficient stereological approach. J Appl Physiol. 108 (2), 412-421 (2010).
- Weibel, E. R. . Morphometry of the Human Lung. , (1963).
- Duguid, J. B., Young, A., Cauna, D., Lambert, M. W. The internal surface area of the lung in emphysema. J Pathol Bacteriol. 88, 405-421 (1964).
- Branchfield, K., et al. Pulmonary neuroendocrine cells function as airway sensors to control lung immune response. Science. 351 (6274), 707-710 (2016).
- Ding, B. -. S., et al. Endothelial-derived angiocrine signals induce and sustain regenerative lung alveolarization. Cell. 147 (3), 539-553 (2011).
- Dunnill, M. S. Quantitative methods in the study of pulmonary pathology. Thorax. 17 (4), 320-328 (1962).
- Weibel, E. R., Gomez, M. Architecture of the human lung. Use of quantitative methods establishes fundamental relations between size and number of lung structures. Science. 137 (3530), 577-585 (1962).
- Thurlbeck, W. M. The internal surface area of nonemphysematous lungs. Am Rev Respir Dis. 95 (5), 765-773 (1967).
- Butler, J. P., et al. Evidence for adult lung growth in humans. N Engl J Med. 367 (16), 244-247 (2012).
- Hsia, C. C. W., Herazo, L. F., Fryder-Doffey, F., Weibel, E. R. Compensatory lung growth occurs in adult dogs after right pneumonectomy. J Clin Invest. 94 (1), 405-412 (1994).
- Thurlbeck, S. W. M. Pneumonectomy in Rats at Various Ages. Am Rev Respir Dis. 120 (5), 1125-1136 (1979).
- Cagle, P. T., Langston, C., Thurlbeck, W. M. The Effect of Age on Postpneumonectomy Growth in Rabbits. Pediatr Pulmonol. 5 (2), 92-95 (1988).
- Langston, C., et al. Alveolar multiplication in the contralateral lung after unilateral pneumonectomy in the rabbit. Am Rev Respir Dis. 115 (1), 7-13 (1977).
- Cohn, R. Factors Affecting The Postnatal Growth of The Lung. Anatomical Record. 75 (2), 195-205 (1939).
- Hsia, C. C., Wu, E. Y., Wagner, E., Weibel, E. R. Preventing mediastinal shift after pneumonectomy impairs regenerative alveolar tissue growth. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 281 (5), L1279-L1287 (2001).
- Das, S., MacDonald, K., Chang, H. -. Y. S., Mitzner, W. A simple method of mouse lung intubation. J Vis Exp. (73), e50318 (2013).
- Liu, S., Cimprich, J., Varisco, B. M. Mouse pneumonectomy model of compensatory lung growth. J Vis Exp. (94), (2014).
- Silva, M. F. R., Zin, W. A., Saldiva, P. H. N. Airspace configuration at different transpulmonary pressures in normal and paraquat-induced lung injury in rats. Am J Respir Crit Care Med. 158 (4), 1230-1234 (1998).
- Yilmaz, C., et al. Noninvasive quantification of heterogeneous lung growth following extensive lung resection by high-resolution computed tomography. J Appl Physiol. 107 (5), 1569-1578 (2009).
- Voswinckel, R., et al. Characterisation of post-pneumonectomy lung growth in adult mice. Eur Respir J. 24 (4), 524-532 (2004).
- Ravikumar, P., et al. Regional Lung Growth and Repair Regional lung growth following pneumonectomy assessed by computed tomography. J Appl Physiol. 97, 1567-1574 (2004).
- Gibney, B. C., et al. Detection of murine post-pneumonectomy lung regeneration by 18FDG PET imaging. EJNMMI Res. 2 (1), (2012).
- Muñoz-Barrutia, A., Ceresa, M., Artaechevarria, X., Montuenga, L. M., Ortiz-De-Solorzano, C. Quantification of lung damage in an elastase-induced mouse model of emphysema. Int J Biomed Imaging. 2012, (2012).
